招商银行降水评估方案12-11-06-ldq.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流招商银行降水评估方案12-11-06-ldq.精品文档.南京招商银行项目基坑降水对环境影响分析报告江苏*有限公司二O一二年十一月五日目 录一、工程概况2二、场地地质条件2三、基坑工程减压降水分析原理5四、降水评估模型建立8五、降水评估分析10一、工程概况拟建招商银行南京分行招银大厦位于南京市建邺区河西新城NO.2010G35地块，中央公园东南侧，庐山路以东，楠溪江东街以南。总用地面积12180平方米，建筑面积约为13.5万平方米。拟建建筑主楼45层，高度216.8米，裙楼4层，地下3层，深度约为20米， 基坑南侧距离地铁轨道外边线最短约为190m。二、场地地质条件（一）工程地质条件在勘察深度范围内，拟建场地岩土层自上而下可分为5层，其中层分为2个亚层，层分为2个亚层，层分为3个亚层。现将各土层特征分述如下：杂填土：灰黄、灰褐、杂色，干燥稍湿，松散，含大量建筑垃圾，见碎砖、石块、砼块等，中填粉质粘土，局部少量淤泥质填土，土质不均匀。局部地表为砼地面。填龄大于5年。该层层厚2.504.50米，层底标高2.154.69米。-1粘土：灰黄色，软塑，见少量铁锰质浸染，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。该层仅局部揭露，厚度0.501.20米，层底标高2.873.56米。-2淤泥质粉质粘土：灰褐色，饱和，流塑，含少量腐殖物，具淤臭味，以淤泥质粉质粘土为主，局部为软流塑粉质粘土，下部夹少量薄层粉土粉砂。切面较光滑，韧性中等，干强度中等。该层场区内普遍分布，厚度13.5018.30米，层底标高-13.93-9.90米。-1粉细砂：灰色，饱和，中密，主要成分为长石、石英、云母等，土质均匀，夹杂物少。层厚4.6010.30米，层底标高-21.08-16.88米。-2粉细砂：灰色，饱和，密实，主要成分为长石、石英等，土质均匀，下部见少量黑色腐殖质、云母等。该层场区内普遍分布，厚度24.2031.20米，层底标高-50.94-48.24米。-2A粉质粘土夹薄层粉土粉砂：灰褐色，千层饼状，软塑为主，夹薄层粉土粉砂，局部互层状，土质不均匀，见云母片，夹腐殖物。该层场区局部揭露，厚度1.005.50米，层底标高-38.72-34.39米。卵石土：杂色，饱和，中密密实。卵砾石呈亚圆形，磨圆一般，石英质，粒径一般在18cm不等，个别大于10cm，中填中粗砂、粉细砂。卵石分布不均匀，含量约为30%40。该层厚度6.309.90米，层底标高-58.58-56.00米。-1强风化泥岩：棕红紫红色，密实，原岩风化呈碎块、土状，手掰易碎，泥质结构，层状构造，遇水软化，取芯率较低。该层层厚0.701.80米，层底标高-60.05-57.23米。-2中风化泥岩：棕红、紫红色，芯样呈长柱状，细粒结构，层理构造，夹少量灰白色石膏条带。裂隙不发育，岩体完整，取芯率较高。岩石敲击易碎，遇水易软，属极软岩，岩体的基本质量等级为级。该层层厚3.908.50米，层底标高-66.58-63.33米。-3中风化粉砂质泥岩：棕红、紫红色，芯样呈长柱状，细粒结构，层理构造。岩石敲击不易碎，遇水易软，取芯率一般大于95%。属极软岩，岩体的基本质量等级为级。该层厚度未揭穿，最大揭露厚度12.60米。（二） 水文地质条件1、场地地表水场地位于长江漫滩上， 场地西部为长江（距场地约4公里），距离场地很远。根据水文地质资料，长江南京下关站最高水位为10.22m（1954年），最大洪峰流量为92600m3/s，最低水位为1.56m（1956年）。据大通站19502006年资料统计，多年平均流量为28500m3/s，相应多年平均径流量9000亿m3；径流量年内分配不均匀，510月份的径流量占全年径流量的70.7%。从多年平均情况来看，7月份平均流量最大，为50300m3/s，相应径流量占年径流量的14.7%，1月份平均流量最小，为11100m3/s，仅占年径流总量的3.2%；径流的年际变化较大，历史最大年径流量为1954年的13600亿m3，历史最小年径流量为1978年的6760亿m3。2、场地地下水拟建场地位于长江漫滩之上，根据勘探揭示的地层结构，勘探深度范围内的地下水可分为浅层潜水和下部弱承压水。（1）浅层潜水潜水含水层由层人工填土构成。场地人工填土厚度普遍较大，由于密实度差，其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间，且连通性较好，富水性及透水性较好，属弱透水层，雨季水量较丰富。新近沉积的1层粘土土和2层淤泥质粉质粘土，属饱水地层，但给水性较差、透水性弱，属微弱透水地层。南京地下水最高水位一般在78月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。根据调查和勘察揭示，长江漫滩属地下水丰富的地貌单元，其水位变化与季节性关系密切，同时与地形条件亦有关。雨季或暴雨天，在地势低洼处，地下水位很高，甚至溢出地面，但旱季地下水位可以在地面下1.5m左右，甚至更低。本次野外勘探时间为2012年7月底，勘探期间天气晴好（已连续3月左右未下雨）。勘探期间，地下水稳定水位埋深0.542.35m（受孔口高程影响），吴淞高程为4.566.71m。水位变化主要受季节性大气降水，周围工程施工降水等因素影响，以蒸发和侧向迳流为主要排泄方式，正常情况下雨季上升，旱季水位下降，年变化幅度约1.50m左右。（2）弱承压水弱承压含水层由中下部的1层粉细砂及下部的各砂层以及卵石土层构成。层顶的2层淤泥质粉质粘土由于透水性弱，与砂土层渗透性差异性大，为相对隔水层，可视为隔水层顶板；隔水层底板为下伏基岩。该含水层富水性好，透水性强，厚度大，埋藏较浅，水量丰富，属透水层强透水层。勘察期间采用隔水方法测得的弱承压水水位2.272.48米（吴淞高程），与场地周边工程测得的弱承压水相比略偏低，主要原因是周围有多个工程施工降水。若承压水水位变化主要受侧向迳流补给影响，补给来源主要为长江。以上内容为本工程勘察报告所提供。在本次降水评估计算中，潜水的初始水头为-0.79m，承压水的初始水头取-5m（相对标高，下同）。典型工程地质剖面见图1：标高(m)50-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75J7J8J9J10J11J12J136.9178.006.8578.006.7282.006.7678.007.0482.006.8478.006.6577.00N=69N=32N=79N=84N=52N=58N=81N=8223反弹241619412333反弹 3.303.6120.00-13.0927.60-20.6956.80-49.8963.70-56.7964.80-57.8971.20-64.29 2.804.0518.60-11.7527.40-20.5555.40-48.5563.10-56.2564.20-57.3571.80-64.95 2.803.9218.40-11.6827.80-21.0841.10-34.3843.80-37.0855.30-48.5863.40-56.6864.10-57.3871.40-64.68 2.70 3.2020.50-13.7427.40-20.6439.80-33.0445.30-38.5457.10-50.3464.80-58.0466.10-59.3471.20-64.44 3.503.5420.10-13.0626.70-19.6640.30-33.2644.80-37.7657.30-50.2664.60-57.5666.10-59.0671.20-64.16 3.203.6418.10-11.2624.10-17.2641.10-34.2644.20-37.3656.40-49.5663.10-56.2664.70-57.8670.80-63.96 2.803.8518.50-11.8524.60-17.9542.5044.10-37.4555.70-49.0563.80-57.1565.10-58.4572.20-65.55-2-1-2-1-2-3-2-1-2-2A-2-1-2-3fxfxfxfxfxfxffxfxfxffxfxfxffxfxfxffxfxfxffx-1图1 典型地层剖面图三、基坑工程减压降水分析原理1、基坑减压降水的目的本工程基坑减压降水工程为第1和2层承压水的承压水降压设计，基坑降水要达到以下几个主要目的：（1）降低坑底承压含水层水头，保证基坑抗突涌稳定安全，避免渗流破坏；（2）控制降水引起地面沉降，避免产生较大差异沉降；（3）控制降水对坑内坑底土体变形的影响，减少对坑内梁、柱等围护、支护结构体内的附加应力；（4）控制基坑减压降水施工过程中地铁1号线区间隧道、道路以及周边管线的附加沉降。实际基坑降水工程中，基坑边界条件不规则，本工程地层穿越多层含水层且包括潜水层，这些复杂条件使得基坑降水计算分析难以采用简单的理论方法，最好的解决办法便是应用数值法。先将求解域离散，通过有限差分法求解数学物理方程的各节点的解。2、设计依据u 供水水文地质勘察规范(GB50027-2001)；u 建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)；u 供水管井设计施工及验收规范(CJJ10-86)；u 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)；u 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001)；u 城市地下水动态观测规程（CJJ/T 76-1998）；u 基坑降水手册，中国建筑工业出版社，上海长凯岩土工程有限公司2006.04u 基坑工程手册，中国建筑工业出版社，2009.11u 围护设计资料。3、地下水渗流数值理论求解地下水问题就可以简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，可以用下述地下水流连续性方程及其定解条件式来描述地下水的三维非稳定渗流规律。根据与场地相适应的水文地质条件，可建立下列与之相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型：多孔介质和流体不可压缩时非恒c西渗流场求解的偏微分控制方程为： （7）承压含水层潜水含水层其中：； 承压含水层潜水含水层 ；式中：S贮存系数；Sy给水度；M承压含水层厚度(m)；B潜水含水层地下水饱和厚度(m)。kxx、,kyy、kzz各向异性主方向渗透系数（m/d）；H点（x,y,z）在t时刻的水头值（m）； W源汇项(1/d)。定解条件为：初始条件： (8)边界条件： (9)式中：H0（x,y,z,t）点（x,y,z）处的初始水位（m）；一类边界条件；H1（x,y,z,t）点（x,y,z）在t时刻的边界已知水位（m）。对整个渗流区进行离散后，采用向后差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，根据抽水井、观测井数据资料，采用地下水三维非稳定流有限差分法反演求取相关水文地质参数。4、承压水降水引起地面沉降理论当在饱和粘性土弱透水层上下方的含水层降水时，水压力下降，但土层的总应力基本保持不变，忽略地下水体的扩散和含水层组的压密使水分的转移。此时，孔隙水压力降低，粒间有效应力增加，使得土层压密。含水砂层因有良好透水性，其中有效应力的增加等于水压的降低，含水层一般可作弹性体看待，所以其压密是瞬时发生的。对于弱（或不）透水的饱和粘性土层，其中水的垂直渗透与孔隙水压力随时间的变化极为缓慢，孔隙水压力随时间衰减的性质使估算或预测含水层组的压密问题复杂。其中有效应力的增加，产生二种力学效应，即：因地下水位的波动改变了土粒间的浮托力；因承压水头改变在土层中引起了渗透压力。由于含水层中水压降低，造成含水层顶板、底板饱和粘性土层上下二端边界上的水压差，破坏了原来土层中孔隙水压力的平衡状态。这时，粘性土层的孔隙水在压力差作用下向含水砂层排水，直至孔隙水压力逐渐消散进入新的平衡状态。理论上，当时间达到t时，土中各点孔隙水压力处于新的平衡状态，各点水力坡度为定值，不再有水分排出，渗透压力对土层的压密作用也暂告终结。承压水降水所引起的地表沉降包括三部分：瞬时沉降；固结沉降；因土体流变所产生的次固结沉降。由于次固结沉降一般在主固结完成后才明显显现，且要求荷载作用时间较长，因此，主要考虑承压水降水引起的地表沉降为主固结沉降，根据分总和法进行。按照该规范，因地下水下降引起的土层附加荷载，可按下式计算：P =w（h1-h2）式中：P 为降水引起的土层附加荷载(KPa)；h1为降水前土层的水头高度(m)；h2为水位下降后的水头高度(m)；w 为水的重度(KN/m3)。按下式依次计算每一地下水位差值下某土层最终沉降值s(m)按选定时差计算每一水位差作用下的沉降量（mm）。式中：a1-2为土层压缩系数(KPa)；E1-2为压缩模量(KPa)；H为计算土层厚度(m)； e0固结开始前土体的孔隙比。四、降水评估模型建立根据拟建场地的工程地质与水文地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度等因素，本次评估工作采用Processing Modflow 软件进行三维渗流数值计算，为减压降水设计提供理论依据。本次承压水减压降水设计中，减压降水目的层主要为1和2粉细砂层。考虑到降水过程中，上覆潜水含水层将与下伏承压含水层组之间将发生水力联系，因此，将上覆潜水含水层、弱透水层以及下伏深层承压含水层组一起纳入模型参与计算，并将其概化为三维空间上的非均质各向异性水文地质概念模型。为了克服由于边界的不确定性给计算结果带来随意性，定水头边界应远离源、汇项。通过试算，本次计算以整个基坑的东、西、南、北最远边界点为起点，向外扩展约400m，即实际计算平面尺寸约为900×920m2，四周均按定水头边界处理。在本次降水评估计算中，潜水初始水头取为-0.79m，承压水初始水头取-5.00m（相对标高，下同）。1、含水层的结构特征本次数值模拟计算采用的含水层三维模型，即水文地质概念模型。地层从上到下，依次划分为9层，将模拟区每层剖分为122行、122列，剖分网格共133956个，如图2所示。图2 单层离散模型网格剖分图2、模型参数特征根据各土层渗透系数参考勘察报告内容以及本工程邻近基坑抽水试验结果进行综合取值。具体数值参见表1：表1 模型含水层初始条件数据层号土层名称渗透系数平均值（m/day）初始水位标高（m）水平垂直2杂填土22-0.791粘土0.070.05-0.792淤泥质粉质粘土0.070.05-0.791粉细砂1814-52粉细砂2820-53、水力特征地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；含水层分布广、厚度大，在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、深层之间的流量交换以及渗流特点，地下水运动可概化成空间三维流；地下水系统的垂向运动主要是层间的越流，三维立体结构模型可以很好地解决越流问题；地下水系统的输入、输出随时间、空间变化参数随空间变化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，所以参数概化成水平向各向同性。综上所述，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非稳定渗流模型。4、模拟期及应力期确定本次数值模拟的模拟期360天，根据土方开挖时间，将整个模拟期划分为5个计算周期，分别为30天，30天，30天，90天和180天。周边止水帷幕分别取35.5m和50m两种情况进行对比分析。在每个计算周期中，所有外部源汇项的强度保持不变。5、边界条件处理在本次基坑降水模拟中，模型边界在降水井影响边界以外。故可将模型边界定义为定水头边界，水位不变。五、降水评估分析按照现有降水井的设计，按需开启降水井减压，控制安全水头埋深，提高坑内降压效率的同时，保证对周边环境的影响在合理范围。在现有基坑降压设计方案的基础上，建立基坑设计阶段降压降水的三维整体渗流模型，进行基坑降压计算分析，预测评估基坑施工阶段在一定隔水边界条件下坑内减压降水对周边环境条件的影响。根据不同的地层情况及围护结构情况，建立三维地下水渗流模型，选择不同的抽水流量，计算基坑内地下水水位分布规律和地层沉降情况分布规律如下。1、 降水计算 止水帷幕为-35.5m：图3 基坑降水井运行30天后水位标高图（相对标高） 图4 基坑降水井运行60天后水位标高图（相对标高） 图5 基坑降水井运行90天后水位标高图（相对标高） 图6 基坑降水井运行180天后水位标高图（相对标高）图7 基坑降水井运行360天后水位标高图（相对标高）由图4至图7可见，止水帷幕为35.5m时，降水井运行30天、60天、90天、180天及360天后，井内水位分别维持在-9.3-9.5m ，-13.9-14.4m ，-18.4-19.7m ，-18.4-21.2m ，-18.3-22.0m（相对高程）。止水帷幕为50m： 图8 基坑降水井运行30天后水位标高图（相对标高）图9 基坑降水井运行60天后水位标高图（相对标高）图10 基坑降水井运行90天后水位标高图（相对标高）图11 基坑降水井运行180天后水位标高图（相对标高）图12 基坑降水井运行360天后水位标高图（相对标高）由图8至图12可知，止水帷幕为50m时，降水井运行30天、60天、90天、180天及360天后，井内水位分别维持在-9.3-9.4m ，-13.8-14.1m ，-18.4-19.7m ，-18.4-20.2m ，-18.4-20.3m（相对高程）。2、降水引起的地表沉降预测根据勘察报告提供土层的相关资料与以上计算水位降深，表2为土层物理性质参数。经过拟合后对降水设计的沉降进行预测，结果如图13至图17。表2 沉降预测计算中土层物性参数表 层号土层名称统计指标压 缩 指 标a12(1/MPa)Es(MPa)2杂填土平均值0.722.11粘土平均值0.415.002淤泥质粉质粘土平均值0.573.951粉细砂平均值0.1611.22粉细砂平均值0.1810.2 止水帷幕为-35.5m： 图13 降水井运行30天后地铁一号线地层沉降云图图14 降水井运行60天后地铁一号线地层沉降云图图15 降水井运行90天后地铁一号线地层沉降云图图16 降水井运行180天后地铁一号线地层沉降云图图17 降水井运行360天后地铁一号线地层沉降云图由图13至图17可以看出，降水井运行360天以后，降水引起的基坑周边及地铁区间隧道上方地面最大沉降详见下表：表3 基坑降水引起的周边最大沉降一览表项目东侧南侧西侧北侧30天地面沉降（mm）2.42.72.62.660天地面沉降（mm）5.15.65.75.690天地面沉降（mm）7.78.78.68.5180天地面沉降（mm）7.98.88.78.6360天地面沉降（mm）10.06.78.69.0表4 基坑降水引起地铁一号线上方地面最大沉降一览表项目地铁一号线区间隧道左线地铁一号线区间隧道右线30天隧道下方沉降（mm）0.790.7360天隧道下方沉降（mm）1.971.9290天隧道下方沉降（mm）2.892.88180天隧道下方沉降（mm）2.992.94360天隧道下方沉降（mm）3.313.25止水帷幕为-50m图18 降水井运行30天后地铁一号线地层沉降云图图19 降水井运行60天后地铁一号线地层沉降云图图20 降水井运行90天后地铁一号线地层沉降云图图21 降水井运行180天后地铁一号线地层沉降云图图22 降水井运行360天后地铁一号线地层沉降云图由图18至图22可以看出，止水帷幕为50m时，降水井运行360天以后，降水引起的基坑周边及地铁区间隧道下方地面最大沉降详见下表：表5 基坑降水引起的周边最大沉降一览表项目东侧南侧西侧北侧30天地面沉降（mm）1.291.941.871.8860天地面沉降（mm）3.674.034.104.0390天地面沉降（mm）5.5446.266.196.12180天地面沉降（mm）5.6886.336.266.19360天地面沉降（mm）8.106.436.408.40表6 基坑降水引起地铁一号线上方地面最大沉降一览表项目地铁一号线区间隧道左线地铁一号线区间隧道右线30天隧道下方沉降（mm）0.640.6060天隧道下方沉降（mm）1.531.5090天隧道下方沉降（mm）1.581.54180天隧道下方沉降（mm）2.462.25360天隧道下方沉降（mm）2.612.42四、结论本基坑支护结构设计方案设计合理，支护结构稳定性较好，基坑开挖引起的变形对周围环境的影响在允许范围之内，主要结论如下：1、本次数值分析较好的反映了基坑降水对周边环境的影响，为设计提供了有利的参考，从而验证了基坑支护设计方案的合理性。2、本工程基坑止水帷幕取-35.5m时，地铁最大沉降为3.31mm，说明基坑降水对地铁隧道影响较小，可保证地铁一号线的安全与正常运营。3、本工程基坑止水帷幕为-35.5m时，基坑降水引起地铁区间隧道左线下方地面沉降约3.31mm，地铁区间隧道右线下方地面沉降约3.25mm。止水帷幕为-50.0m时，基坑降水引起地铁区间隧道左线下方地面沉降约2.61mm，地铁区间隧道右线下方地面沉降约2.42mm。止水帷幕为-50.0m时的沉降比止水帷幕为-35.5m时的沉降减少了约21.1%。说明止水帷幕越深，周边环境沉降量越小。